基于水泥水化的水泥基材料熱-濕-碳化耦合模型研究.pdf

1、抗碳化性能是水泥基材料耐久性方面的主要性能之一。碳化過(guò)程中水泥基材料內(nèi)部溫度、濕度、孔隙、可碳化物質(zhì)都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的物理化學(xué)變化以及相互作用。定量化表征水泥基材料的熱-濕-碳化耦合作用規(guī)律，對(duì)全面理解水泥基材料的抗碳化性能，預(yù)測(cè)碳化深度，有十分重要的意義。本論文圍繞這一科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了如下的研究工作:
　　(1)采用酚酞測(cè)定法、熱重分析法(TGA)、X射線物相分析法、紅外光譜法和碳酸鈣定量分析法來(lái)評(píng)價(jià)混凝土碳化程度，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定

2、性與定量的比較，綜合分析多種混凝土碳化評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用性。
　　(2)基于水泥顆粒粒徑分布函數(shù)，引入周期性邊界條件，將生成的水泥顆粒從大到小逐一分布到立方體模擬單元中。考慮水泥礦物組分、水泥顆粒粒徑分布曲線、水灰比對(duì)水泥水化的影響，引入相應(yīng)的三個(gè)量化參數(shù)改進(jìn)了目前的三維球形水泥水化模型，較先前在參數(shù)規(guī)定的數(shù)值范圍中通過(guò)經(jīng)驗(yàn)選取更為科學(xué)。并采用改進(jìn)的水泥水化模型從微觀結(jié)構(gòu)與水化產(chǎn)物角度分析了水泥水化的全過(guò)程。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬重

3、構(gòu)水泥石內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)水化產(chǎn)物和孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并采用水化放熱法、熱重分析法、壓汞法對(duì)水泥水化模型的模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(3)基于多孔介質(zhì)多場(chǎng)耦合基本理論，考慮水泥基材料的碳化機(jī)理，結(jié)合水泥水化模型得到的碳化初始狀態(tài)下可碳化物質(zhì)的含量、孔隙率、飽和度等參數(shù)，建立了水泥基材料碳化理論模型。該模型全面考慮水泥基材料中氣、液、固各相物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)換，并引入碳化產(chǎn)物體積膨脹導(dǎo)致的孔隙結(jié)構(gòu)變化以及溫濕度與碳化之間的相互影響，建立了

4、滿足在局部坐標(biāo)下的質(zhì)量平衡、化學(xué)平衡、離子平衡和多孔介質(zhì)理論的水泥基材料碳化控制方程組。
　　(4)基于水泥水化模型，同時(shí)考慮CH與CSH的碳化，對(duì)凈漿內(nèi)部不同深度處的碳酸鈣含量變化進(jìn)行了理論與試驗(yàn)研究，獲得了不同水灰比情況下試件各測(cè)點(diǎn)的碳酸鈣含量隨時(shí)間的發(fā)展變化情況，其結(jié)果與模型模擬結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了數(shù)值模型的可靠性。
　　(5)在凈漿的碳化理論模型基礎(chǔ)上，考慮了骨料稀釋效應(yīng)、邊界效應(yīng)以及界面效應(yīng)建立砂漿和混凝土的碳化模